Технология сварки металлоконструкций

Сварка металлоконструкций (МК) - оптимальный способ прочного соединения отдельных элементов из различных металлов. Этот метод используется не только на промышленных предприятиях, но и в быту. При выборе учитываются требования к степени защиты и внешнему виду, особенности места установки. Потребителей привлекает оптимальное соотношение стоимости и качества, нетребовательность в уходе, продолжительный срок эксплуатации.

Требования к сварке металлоконструкций

Сварочные работы проводятся с соблюдением требований технологических процессов, проекта, чертежей, содержащих инструкции, обязательные для использования. 

Швы должны быть прочные и долговечные, соответствующие требованиям ГОСТ 23118-12:

• размер относительного удлинения от 16%;
• ударная вязкость 24 Дж/см2;
• сопротивляемость взрыву выше параметра основного металла;
• коэффициент твердости на промышленном предприятии по СНиП II-23-81.

Лишь при соблюдении всех правил сварки металлоконструкций возможно обеспечить надлежащую прочность и долговечность швов. 

Классификация швов по качеству:

• категория I — угловые, поперечные, тавровые соединения с повышенной устойчивостью к разрыву, прочностью;
• категория II - связывающие, продольные, угловые швы, которые в процессе эксплуатации подвергаются растягиванию;
• категория III — продольные, поперечные, угловые швы вспомогательных деталей.

При создании расчетных соединений обязательно соблюдение норм ГОСТ 15878—70. Требования к качеству определяются в зависимости от местоположения швов. На производстве может осуществляться лишь контроль на прочность при нагрузках. На швах лицевой стороны изделия не должно быть заметных следов сочленения. 


Кадр из видео https://youtu.be/80AsL5ESVLA


Технологический процесс сварки металлоконструкций должен соответствовать ряду требований:

• все детали полностью соответствуют проекту, чертежам;
• соответствие углов проекту проверяется специальным инструментом;
• углы прямые, предотвращающие перекосы;
• минимальная усадка готовой металлоконструкции.

Классическая технология сварки металлоконструкций — создание швов при помощи электрической дуги или газового пламени. Эти способы подходят как для промышленности, так для домашних хозяйств. 

Схемы сварки металлоконструкций:

• автоматическая для контактного и электрошлакового соединения, работа выполняется аппаратом, настроенным на определенные параметры, участие людей не требуется;
• полуавтоматическая (электроды подаются автоматически, швы создаются из проволоки в присутствии газового флюса человеком);
• ручная (сочленение под флюсом или электродная), используется в быту.

Сварка узлов металлоконструкций традиционными способами на данный момент применяется редко. Разработаны методы, повышающие производительность на промышленных предприятиях.  

Современные методы создания сварных соединений МК:

• электродуговая с плавильным/не плавильным электродом в воде/аргоне;
• электрошлаковая (для толстых металлических деталей, которые плавит тепло, проходящее через шлак);
• газовая (для тонких деталей из металлов, применяется в машиностроении);
• термитная (топливом служит порошок алюминия, работа проводится в вакууме);
• контактная (детали соединяются при прохождении тока);
• диффузная (поверхностям требует подготовка, работа проводится в газе или вакууме, швы образуются в результате нагрева до температуры плавления).

Преимущества инновационных методик:

• снижение затрат на покупку расходников;
• высокая скорость выполнения работ;
• сокращение временных затрат на зачистку швов;
• уменьшение коробления деталей из металлов; 
• возможность подобрать оборудование для любой цели;
• при верном выборе аппараты быстро окупаются.

Если металлических конструкций сравнительно небольшая масса, промышленное изготовление на автоматизированном оборудовании позволяет устанавливать доступные цены. Максимальная устойчивость швов к высоким нагрузкам обеспечивает легирующими добавками. Самый главный недостаток — низкая устойчивость к образованию ржавчины, требующая дополнительной обработки.  

Опоры для металлоконструкции

Так называют элементы зданий, на которые давят стены, перегородки, кровля. Раньше они создавались из бетона или древесины, на данный момент чаще используется металл: сплавы с алюминием или титаном, углеродистая или низколегированная сталь.  

Классификация по ГОСТ 23118-99:

• ограждающие, несущие;
• винтовые, болтовые, клепаные, сварные;
• по степени воздействия агрессивных фактором среды, силовым нагрузкам;
• по методу изготовления (полностью на заводе, с соединением элементов на месте).

Проведению сварочных работ предшествуют операции сборки сварной металлоконструкции согласно технологической карте с применением всех необходимых приспособлений и инструментов. Если сборка технологически чередуется с созданием сварных соединений, процесс описывается в одной карте. Обязателен контроль качества проведения каждой отдельной операции. 

Правильная последовательность сборки:

• предоставление деталям пространства для отклонения от заданных параметров;
• местоположение должно полностью соответствовать карте;
• вид и размер элементов должен полностью соответствовать проекту;
• важно контролировать размеры зазоров;
• для контроля за углами обязательно использование специального инструмента.

Проектирование и сварка ответственных металлоконструкций проводится в соответствии с требованиями КМД или ТЗ. Работу проводят сварщики, прошедшие соответствующий курс обучения. Разряд не ниже третьего, стаж 3-6 месяцев. Обязательно проводится контроль качества материалов и выполненных работ, соответствие технологическому процессу, проверка качества использованных материалов и швов. 

Основные ошибки:

• несоответствие размеров деталей чертежу;
• поперечные смещения;
• зарезы кромок;
• различия в значениях притуплений;
• кривые кромки (при соединении внахлест, встык);
• неверные углы скосов кромок;
• слишком большие или слишком маленькие зазоры между деталями.

На производстве мастера цехов и ОТК ведут журнал контроля. Ошибки допускаются при большом износе оборудования и измерительных приборов, из-за низкой квалификации или невнимательности работников. 


Кадр из видео https://youtu.be/80AsL5ESVLA

Особенности точечной сварки

Сварная сетка производится из стальной проволоки (прутьев) при помощи точечной сварки. Этот метод является разновидностью контактного. Основное преимущество — способность сварить элементы с различной толщиной. 

Разновидности оборудования:

• сварочные аппараты, использующие для создания швов переменный ток;
• аппараты для низкочастотной сварки;
• конденсаторное оборудование;
• аппараты, создающие швы при помощи переменного тока.

Наиболее распространен последний вид оборудования. Ток поставляет трансформатор, работающий от электросети. Для создания швов используются не плавящиеся электроды. Отдельная точка материала нагревается при прикосновении электрода, соединение образуется при перемещении молекул металла. 

Преимущества точечного метода:

• швы точные, аккуратные;
• отсутствие необходимости приобретать газ, плавящиеся электроды;
• не требуется высокая квалификация работников;
• высокая производительность;
• при толщине элементов до 1 мм предотвращаются прожоги;
• соединениям не требуется дополнительная обработка.

Возможные дефекты:

• прожог (при сравнительно большой толщине металла);
• непровар (отсутствие или маленький размер ядра);
• подплавление основного металла;
• наличие вмятин;
• наружные выплески;
• пористое ядро.

Оборудование может быть стационарное или переносное. Первое используется на производственных предприятиях для изготовления изделий сравнительно небольших размеров. Максимальная толщина металла 8 мм. Переносное оборудование — вариант для производителей, выполняющий работы по монтажу металлоконструкций (ворот, дверей, стеллажей) на территории заказчика. Диаметр металлических прутков 1,5-5 мм.  

Некоторые домашние мастера самостоятельно создают металлоконструкции, в том числе ограждения. Применяется технология сварки металлоконструкций ручной дуговой сварки. В домашних условиях можно сварить рамки из уголков или прямоугольных труб, двери, ворота из стального листа.

Материалы нарезаются согласно размерам, указанным в чертеже, с кромок снимается фаска, притупляются углы, в нужных местах делаются отверстия (если они нужны). С поверхностей удаляется грязь, краска, ржавчина. Элементы уголков, труб размещаются на ровной поверхности, прихватываются к углам рамы небольшими швами, проверяется прямоугольность, затем конструкция сваривается полностью. При необходимости сделать несколько рамок с одинаковыми размерами сборка и сварка металлоконструкций проводится на первой. 

При изготовлении дверей или ворот сначала сваривается рамка, габариты которой соответствуют проему. Для двери внутри рамки помещаются 2-3 усилителя из трубы, в ворота перемычки, повышающие жесткость. Затем вырезается лист, края изгибаются, делаются отверстия для замка, задвижки. Рамка укладывается на ровную поверхность, лист прихватывает по углам, после проверки перпендикулярности углов создаются точечные соединения с ядрами до 3,5 см с шагом до 10-и см. 

Своими руками можно сделать так же секции для забора из оцинкованной сварной сетки. Каркасы свариваются из уголка или труб, швы зачищаются. Сетка нарезается по размерам, приваривается к каркасам. Устанавливаются столбы, к ним привариваются полосы из металла для крепления секция при помощи сварных соединений. По окончании монтажа конструкция обрабатывается составом от ржавчины и окрашивается. 



Кадр из видео https://youtu.be/80AsL5ESVLA

Схемы сборки/сварки МК

На предприятии, выпускающем сварные металлоконструкции, важно правильно организовать производственный процесс, обеспечивающий должную производительность. Особое значение имеет верный выбор схемы сборки.

Участники сборки/сварки:

• оператор;
• комплектовщик;
• транспортировщик;
• сборщик;
• сварщик.

Задача оператора — планирование, управление потоками данных, контроль за выполнением работ. Он предоставляет список деталей комплектовщику, руководит транспортными потоками, составляет план задания для смены. 

Комплектовщик собирает детали с учетом приоритетов, определенных оператором., ведет учет комплектов. При отсутствии какой-то детали или обнаружении брака сообщает о проблеме оператору.

Транспортировщик проверяет комплектацию и спецификации, перемещает собранные комплекты сборщику, готовые конструкции на участок покраски, ведет их учет. 

Сборщик собирает МК согласно чертежам, оставленным на рабочем месте транспортировщиком, по окончании работу информирует оператора.

Сварщик занимается сваркой собранной сборщиком конструкции, очисткой зоны у швов, сообщает оператору о выполнении работы. Оператор осматривает конструкцию, транспортировщик перемещает ее на участок для покраски. 

Схемы направлений производственного потока:

• продольное (поток перемещается по пролетам производственного помещения, комплектовщик ориентируется на сортамент металла, этот вариант оптимальный для серийного производства простых конструкций);
• смешанное (потоки комплектации, сборки и создания сварных соединений в одном направлении, комплектация и сборка проводится в продольном пролете, сварочные работы в поперечном);
• продольно-поперечное (основное направление соответствует плану помещения, используется подъемная техника, второстепенные направления перемещаются по пролетам и обратно по рельсам);
• петлевое (отличительная особенность этого вида - один путь ввоза/вывоза (склады для заготовок и готовой продукции расположены рядом), можно использовать замкнутый конвейер);
• волновое (поток периодически отклоняется по противоположным направлениям, это вариант для производства сложных единичных МК, выпуска небольших серий).

Что значит рациональная схема сборки сварной металлоконструкции? Рациональность определяется производительностью. Для производства сварочных сеток и секций из нее оптимальным вариантом можно считать продольный поток. Иллюстрацией может служить видео сварки металлоконструкции. 

Последовательность производства сварочной сетки:

• нарезание отрезков проволоки из бухт на правильно-отрезном станке;
• перемещение поперечных прутков в бункер для продольных, затем в пролет для сварки;
• зарядка прутков в модуль подачи, загрузка в сварочный портал;
• svarka;
• перемещение в модуль, формирующий ребра жесткости;
• обработка полимерным составом, гарантирующим прочное, однородное покрытие. 

Столбы производятся на ленточнопильном станке, способного разрезать любой металл. Ширина пропила небольшая, что позволяет сэкономить за счет снижения потребления электроэнергии и оптимизации расхода металла (смотрите на video). 
Окончательная стоимость забора зависит от цены проката для заполнения, трубы для изготовления каркаса, оцинковки, грунтовки, порошкового покрытия, цемента и песка для изготовления раствора. На стоимость влияют так же габариты секций, глубина ям для столбов, цена выполненных работ.